Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Книга азаряна.doc
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.03.2025
Размер:
7.59 Mб
Скачать

Лекция №28 схемотехника аналоговых и комбинированных узлов Операционные усилители(оу)

ОУ являются основными элементами аналоговых ЭВМ. Они входят в состав всех операционных блоков машин и обеспечивают выполнение математических операций над переменными, представленными в виде электрических напряжений.

ОУ – это специфичный класс усилителей напряжения постоянного тока, которые обладают большим коэффициентом усиления и работают в режиме параллельной отрицательной обратной связи по напряжению. Количество ОУ определяет в основном точность и быстродействие. Следует отметить, что быстродействие АВМ, собранных на ОУ значительно превосходит ЦВМ. Следовательно, для решения различных задач пользователь выбирает ЦВМ, либо АВМ, либо АЦВМ.

ОУ имеет коэффициент усиления – К, отрицательное значение которого означает противоположность знаков Uвх и Uвых и обеспечивает отрицательную обратную связь.

ОУ в АВМ могут использоваться в качестве:

  • масштабного блока (сумматор с одним входом);

  • суммирующего блока;

  • интегрирующего блока;

  • дифференцирующего блока.

Структурная схема ОУ

Рис. Структурная схема ОУ

Обычно ОУ содержит 3...5 усилительных каскадов для обеспечения коэффициента усиления от 104 до 105. Для получения двуполярного выходного сигнала питание выходного каскада выполняется двумя источниками.

Операционные усилители (ОУ) представляют собой усилители постоянного тока с дифференциальными входами.

Назначение – используют в качестве:

  • инвертора, масштабного блока, дифференциального, интегрального блока (усилителя) для сравнения и запоминания сигналов.

Основные параметры: коэффициент усиления К=Uвых/Uвх; дрейф нуля (Uсм) (напряжение смещения); Uвх max;

  • Uвых max;

  • Iвх max.

Операционные системы входят в состав:

  • компараторов;

  • ЦАП и АЦП.

На рисунке (а) приведена функциональная схема инвертора.

На рисунке (б) приведена функциональная схема масштабного блока.

Рис. функциональная схема инвертора и интегрирующего операционного усилителя постоянного тока

На рисунке (в) – интегрирующий операционный усилитель постоянного тока.

Во всех схемах R1 – входное сопротивление, R0 – сопротивление обратной связи, С – емкость, включенной в цепь, обратной связи.

В интеграторе (в), поменяв местами R и С получим дифференцирующий ОУПТ.

Если же увеличить число входов в масштабном блоке, то получим сумматор.

Рис. Сумматор

Рассмотрим функциональные возможности каждого блока. Любой ОУ независимо от его назначения обладает определенным коэффициентом усиления, значение которого определяется как:

К=R0/Ri,

для масштабного блока, инвертора и сумматора.

Коэффициент усиления интегратора определяется:

К=1/RC,

а для дифференцирующего ОУ:

К=RC.

Масштабный блок, где К=1, выполняет функцию инвертора, т. е. изменяет знак входного сигнала, и имеет следующий вид

Uвых(t)=-Uвх(t) , =1.

Уравнение масштабного блока:

Uвых(t)=-K*e(t),

где К=*R0/R1 (0).

Значение  устанавливается при помощи потенциометра.

Масштабный блок фактически выполняет операцию:

Y=a*x, а инвертор y=-x.

Интегрирующий ОУ.

Уравнение ,

где Uвых0 – постоянная интегрирования;

выполняемая операция: .

Дифференцирующий усилитель (ДУ).Уравнение Uвых(t)=-RC*de(t)/dt;выполняемая операция: y=a*dx/dt. ДУ очень чувствителен к помехам, что приводит к большим погрешностям. В связи с этим ДУ практически не применяют в АВМ.

Сумматор.Уравнение: ; выполняемая операция: .

Кроме рассмотренных блоков в аналоговых вычислительных машинах применяют функциональные нелинейные преобразователи для воспроизведения широкого класса функций.

В настоящее время радиоэлектронной промышленностью выпускаются аналоговые интегральные схемы с довольно широким выбором.